Question

最新“人工固氮”的研究成果表明，能在常温常压发生反应：2N₂(g)+6H₂O(l)4NH₃(g)+3O₂(g)﹣Q(Q＞0)。常温下，实验室在10 L恒容容器中模拟该反应，测得实验数据如表：

	0 min	2 min	4 min	5 min	6 min
N2	2	1.7	1.6	1.6	2.5
H2O	10	9.1	8.8	8.8	8.65
O2	0	0.45	0.6	0.6	0.675

(1)该反应的平衡常数表达式K＝_____，0～2 min 内 NH₃ 的平均生成速率为_____。

(2)若反应过程中气体的密度不再发生变化，请解释说明能否判断反应达到平衡_____。

(3)在5～6 min之间只改变了单一条件，该条件是_____。

(4)以NH₃和CO₂为原料可生产化肥碳铵(NH₄HCO₃)。生产过程中首先需往水中通入的气体是_____，通入该气体后溶液中存在的电离平衡有_____(用方程式表示)。

(5)常温下NH₄HCO₃ 溶液的 pH＞7，由此判断溶液中：c( NH₄⁺)_____c( HCO₃^﹣)(选填“＞”、“＜”或“＝”)，理由是_____。

Answer

0.03mol/(L•min) 能判断，因为恒容容器的体积不变，而反应过程中气体质量会发生变化，这样随着反应的进行，容器中气体的密度会不断变化，所以若密度不变，说明反应达到了平衡状态 增加了氮气的量 NH3 NH3•H2O⇌NH4++OH﹣、H2O⇌H++OH﹣ ＞ 因为pH＞7，说明c(H+)＜c(OH﹣)，根据电荷守恒：c(H+)+c(NH4+)＝c(HCO3﹣)+c(OH﹣)+2c(CO32﹣)，所以c(NH4+)＞c(HCO3﹣)(或NH4+水解呈酸性，HCO3﹣水解呈碱性，pH＞7，说明水解程度NH4+＜HCO3﹣，所以c(NH4+)＞c(HCO3﹣))

【解析】

(1)根据表格中的数据可知，第4，5分钟时，各物质的物质的量不变，达到平衡状态，根据平衡状态表达式；根据公式v=计算；

(2)根据化学平衡的判断依据判断是否处于平衡状态；

(3)根据各物质的浓度的变化量判断改变的条件；

(4)根据氨气和二氧化碳的溶解度判断先通什么气体，根据溶液中的成分写出电离方程式；

(5)根据电荷守恒，比较离子的浓度大小；

(1).根据化学方程式，2N2(g)+6H2O(l)4NH3(g)+3O2(g)，化学平衡常数=生成物离子的浓度幂之积/反应物离子的浓度幂之积=，表格中数据，0～2 min 内N2的物质的量变化=2mol-1.7mol=0.3mol，v(N2)= =0.3mol/10L/2min=0.015mol/(L•min)，由于氮气和氨气的速率之比为1:2，v(NH3)=2v(N2)=0.015mol/(L•min)×2=0.03mol/(L•min)；

(2)因为恒容容器的体积不变，而反应过程中气体质量会发生变化，这样随着反应的进行，容器中气体的密度会不断变化，所以若密度不变，说明反应达到了平衡状态 ，故答案为：能判断，因为恒容容器的体积不变，而反应过程中气体质量会发生变化，这样随着反应的进行，容器中气体的密度会不断变化，所以若密度不变，说明反应达到了平衡状态；

(3)在5～6 min，N2的物质的量增加了2.5mol-1.6mol=0.9mol，H2O的物质的量减小了8.8mol-8.65mol=0.15mol，O2的物质的量增加了0.675-0.6=0.075mol，H2O的物质的量在减小，O2的物质的量在增加，平衡正向移动，而表格中N2的物质的量增加的比较多，故条件改变的是增加氮气的量；

(4)以NH3和CO2为原料可生产化肥碳铵(NH4HCO3)，氨气在水中的溶解度是一体积水溶解700体积的氨气，而二氧化碳在水中的溶解度较小，故制碳酸氢铵需向氨水中通入二氧化碳，氨气溶于水形成氨水，氨水中含有一水合氨，水分子，氨分子，一水合氨和水分子是弱电解质，可以电离，电离方程式为NH3•H2O⇌NH4++OH﹣、H2O⇌H++OH﹣；

(5)常温下NH4HCO3 溶液的 pH＞7，因为pH＞7，说明c(H+)＜c(OH﹣)，根据电荷守恒：c(H+)+c(NH4+)＝c(HCO3﹣)+c(OH﹣)+2c(CO32﹣)，所以c(NH4+)＞c(HCO3﹣)，或者NH4+水解呈酸性，HCO3﹣水解呈碱性，pH＞7，说明水解程度NH4+＜HCO3﹣，所以c(NH4+)＞c(HCO3﹣) 。